納米尺度光波導器件設(shè)計及光學特性研究.pdf

1、隨著納米加工技術(shù)、納米材料制備技術(shù)以及近場光學表征手段的豐富和逐步完善，納米光子器件研究成為納米科學和技術(shù)領(lǐng)域的熱點。與宏觀光學技術(shù)的光子器件相比較，納米光子器件在尺寸和空間距離上越來越小，甚至突破傳統(tǒng)光學衍射極限的限制，在光信號的傳輸機制、場局域和增強特性、調(diào)控方式、非線性效應、光學作用力等方面具有顯著區(qū)別，表現(xiàn)出眾多新現(xiàn)象、新功能和新應用。表面等離子激元波導利用金屬等離子激元效應傳遞光信號，是近年來被廣泛關(guān)注的一種納米光波導。由于表

2、面等離子激元波導可實現(xiàn)光信號在納米尺度的傳輸，極大地提高了光學器件的集成度。同時，利用金屬材料實現(xiàn)的表面等離子激元波導，不僅能夠傳輸光信號，還可傳輸電信號，使未來實現(xiàn)光電混合系統(tǒng)成為可能。這些新穎的光學特性，使得基于表面等離子激元效應的光波導器件具有重要的科學研究意義。
　　 本論文的研究目的在于探索研究基于表面等離子激元效應的納米光波導的傳輸機理、結(jié)構(gòu)設(shè)計、光學模式特性研究，在此基礎(chǔ)上，研究基于納米光波導的光學功能器件的光學傳

3、輸性能、調(diào)制方法、結(jié)構(gòu)優(yōu)化等。同時，探索新概念、新結(jié)構(gòu)、新工藝的納米光波導器件的制備方法、光學特性和相關(guān)應用。
　　 本論文首先從納米尺度光波導基本概念及分類、納米尺度光波導器件制備技術(shù)和納米尺度光波導器件的功能特性等幾個方面概述了納米光波導領(lǐng)域的發(fā)展情況、關(guān)鍵技術(shù)問題和應用方向，隨后介紹了論文在光波導器件理論研究、數(shù)值仿真和實驗制備測試方面的研究工作。
　　 具體研究工作包括以下幾個方面:
　　 (1)設(shè)計了一

4、種“半導體-絕緣體-金屬”條載結(jié)構(gòu)的深度亞波長光波導。研究了這種納米波導的模式特性、色散特性、傳輸損耗以及光強密度等基本波導特性，同時，結(jié)合理論計算和三維數(shù)值仿真，研究了波導耦合特性、彎曲傳輸特性和諧振特性，得到了相應光學功能器件的優(yōu)化結(jié)構(gòu)。
　　 (2)研究了金屬材料的熱光特性，進而得到表面等離子激元波導模式熱光系數(shù)。在此基礎(chǔ)之上，設(shè)計了基于熱光效應調(diào)制的表面等離子激元波導諧振腔濾波器，研究了其濾波特性、調(diào)諧靈敏度、頻移特性等

5、性能;設(shè)計了一種新型的高靈敏度可調(diào)諧納米波導雙環(huán)諧振腔。
　　 (3)結(jié)合理論和實驗，研究利用化學方法合成的先進納米材料研制的表面等離子激元波導器件的光學特性。提出了基于氧化鋅納米線和納米管結(jié)構(gòu)的表面等離子激元波導，并研究了其模式傳輸特性和熱光特性;提出一種基于銀納米旗結(jié)構(gòu)的納米波導天線，研究了其光學諧振和偏振特性;實驗研究了樹枝狀納米線、納米網(wǎng)波導的制備方法，并研究了其寬帶光譜特性和光局域增強特性。
　　 (4)實驗研